大型天然气储罐事故分析

大型天然气储罐事故分析成员：李文博齐安康李贺营何洋吴孟旭大型天然气储罐液化天然气储罐结构图：外罐结构：外耀包括罐壁、罐顶和罐底承台三部分,罐壁及罐底承台为钢筋混凝土结构,罐壁采用后张拉式预应力混凝土结构。内罐结构：内罐由内罐底板、内罐壁和吊顶等组成。保冷系统：包括罐底保冷,内外罐壁间保冷,吊顶上部保冷,罐顶、孔及内部配管的保冷等。附属设备:附属设备包括进液管线、蒸发气排气管线、火炬管线、消防系统喷洒环管、射流喷嘴、底部绝热层内置吹扫环形管等配管、各管路阀门、粟井、蒸发气压缩机、及其他安全附属设备。液化天然气（LNG）的主要成分是甲烷。天然气在常压和-162℃左右可液化，液化天然气的体积约为气态体积的1/625。在常压下，LNG的密度约为430-470kg/m³（因组分不同而略有差异），燃点约为650摄氏度，在空气中的爆炸极限（体积）为5％-15％。液化天然气的储存是天然气储存方式之一。LNG储罐通常为双层金属罐，与LNG接触的内层材质为含9%的Ni低温钢，外层材质为碳钢，中间绝热层为膨胀珍珠岩，罐底绝热层为泡沫玻璃。隐患分析：储罐结构受损直接导致的后果为的泄漏,即储罐不能继续保持正常的存储状态。储罐一般有相对较高的安全性,但一旦储罐失去维持正常存储状态的能力,液化天然气的冷能和化学能将不受控制的释放,将造成极为严重的后果，主要变现在：1、泄漏导致火灾爆炸主要火灾爆炸类型包括喷射火、沸腾气体扩展蒸汽爆炸、池火、闪燃和蒸汽云爆炸。（1）喷射火与沸腾液体扩展蒸气爆炸具有较强的挥发性,升温气化,当温度高于时,气化后的密度低于空气,将上升并在空气中快速扩散,因此如果泄漏量小,泄漏的少量能够迅速向上空扩散,相对比较安全。但若在内部压力作用下,气体大量泄漏、闪蒸,如果立即被点燃,将发生喷射火，若火焰在储罐周围持续加热将发生沸腾液体扩展蒸气爆炸。（2）池火如果储罐发生大量液相泄漏,泄漏的液体来不及蒸发并积聚形成液池,延迟或远处点燃则发生池火。（3）闪燃与蒸气云爆炸当从低温容器中大量泄漏时,其扩散有一个过程,在其最初由液态变成气态时密度大于周围空气,这时在泄漏的液相上方就形成了天然气的蒸气云,蒸气云将随风抵达泄漏位置的下风侧,在地面附近形成预混气体,极有可能遇到明火后发生闪燃，若蒸气云达到爆炸极限后遇到火源，则直接发生蒸气云爆炸,若燃烧气体回到泄漏位置,可能导致罐体爆炸。蒸汽云爆炸形成的冲击波还可造成更远距离外建筑设施破坏及人员伤亡。2、泄漏低温介质导致的破坏相比其易燃易爆性能够引起火灾、爆炸事故,其超低温存储状态若发生冷能泄漏的后果同样不能忽视:低温条件能使不耐低温的普通钢质材料结构或设备发生脆性断裂,同时由于超低温的接触传热导致的局部冷却还将产生热应力;地基土壤、混凝土结构等还有冷冻胀的危险。超低温对暴露在内的无防护人员可造成严重的冻伤;若保温措施不足,长时间处在低于的环境下,人体会有低温麻醉的危险,体温的下降将导致生理功能和智力活动的下降,严重将导致心脏衰竭死亡。天然气为窒息性气体,如果人员长时间暴露在浓度较高的气氛环境下,虽然天然气无毒,但会由于氧气浓度不足引起意识模糊,当空气中浓度达到时可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速等现象,当天然气在空气中的体积分数大于可直接造成窒息。3、冷爆炸燃气泄漏还将引起快速相变,快速相变也称冷爆炸,是一种物理性的爆炸。其产生原因是当在大量泄漏过程中遇到水时,由于的密度小于水,会浮在水面上,又因水与间的热传递速率非常高,导致天然气在水与的接触面上激烈地蒸发,使得压力迅速升高而发生冷爆炸。如果冷爆炸发生在储罐内部(储罐在泄漏过程中应急措施不正确或其他导致水倒罐至储罐中),水会迅速下沉,并在下沉过程中与发生热传递,冷爆炸现象将在储罐内部发生,其升压速度将导致储罐破坏和泄漏加剧,造成事故后果的进一步扩大。由于底部LNG的温度高于上部LNG温度，混合后温度低的LNG被底下翻上来的温度较高的LNG加热而蒸发加剧，底部温度较高的LNG翻上来以后，失去了上面LNG重力的作用，压力降低，成为过热的LNG，也将产生剧烈的蒸发。因此，平衡被破坏以后，液体“翻滚”引起LNG蒸发率剧增。如来不及排出大量的LNG蒸发气体，储罐内压力将超过设计工作压力，对LNG的安全储存非常不利。4、储罐内LNG产生分层与翻腾天然气储罐的火灾爆炸危险性很大，而且一旦发生火灾爆炸事故，必定会造成重大的人员伤亡和财产损失，对此措施建议如下：一、对天然气储罐进行危险性评价，及时采取针对性的预防措施，已经成为减少火灾爆炸事故发生的重要手段。（1）天然气已经成为非常重要的、应用前景十分广泛的高效清洁能源，建立天然气储罐区的风险评价对于事故预防有着重要的意义。（2）建立了天然气储罐的安全评价指标体系，采用一定方法，对罐区天然气储罐进行风险评价结果表明，储罐火灾爆炸危险等级较大且财产损失严重，而采取一些安全措施（严格监测、定期检修、加强安全管理、应急演练等）降低事故风险，可有效地预防事故和降低事故损失。（3）通过对天然气储罐区火灾爆炸的风险评价，可使操作管理者更加全面地了解储罐区的风险状况，有利于天然气储罐区规划、管理及事故预防等。二、防止LNG蒸气（即天然气）浓度太高引发爆炸降低LNG的气化速度，同时要设法加快LNG蒸气的扩散速度。为降低LNG气化速度，通常可以选用热导率比较小的材料来建造防火堤、拦蓄区或集液池，甚至可以在防火堤、拦蓄区或集液池与LNG接触的表面采用绝热材料进行隔热，从而降低LNG的气化速度。另外，在LNG的自由表面放置一些密度低、热容量小的材料，使其浮在液体表面上，以减少液体表面直接与空气接触的面积。如果这些材料做成网格形状，还可以降低液体表面空气的流速。泡沫玻璃热导率低，不燃烧，在这种场合使用还具有很好的防火作用。三、防止储罐内LNG分层和“翻滚”当船运LNG注入储罐时，LNG在充装时可以从上部管口直接进入储罐，也可以通过顶部插入管由底部进入储罐。这样的设计可使不同比重的LNG以不同的方式进入储罐。通常，为防止储罐内的LNG发生分层和“翻滚”，较重的LNG从上部进入，较轻的LNG从下部进入。同时，也可通过LNG低压输送泵使罐内LNG循环到上部或底部，从而有效防止分层、翻滚现象的产生。在储罐顶设置环状喷嘴，可以在储罐充装LNG之前，用少量LNG对储罐进行预冷，以避免储罐在充装时温度急剧变化导致过高的应力和LNG的大量蒸发气化。一旦储罐内发生LNG“翻滚”，气化后的大量天然气将难以及时通过泄放装置排放。为防止发生事故，需设置安全排放口、排放火炬、回收压缩系统等。储罐内的LNG蒸气产生后，通过蒸发气总管排出，可以返回船上（卸船时），也可以进BOG压缩机升压，准备冷凝或作为燃料气使用；如果有大量蒸发气产生，压缩机不能处理时，在蒸发气总管上设置压力调节装置，在LNG储罐上的安全阀起跳前，蒸发气将直接排放到火炬总管；事故状态下，罐内超压，安全阀就会起跳，蒸发气直接排放到火炬总管燃烧。谢谢！